隨著煉鐵技術(shù)的進(jìn)步.大型高爐紛紛采用高風(fēng)壓、高頂壓、高冶煉強(qiáng)度、大風(fēng)量、富氧噴吹等新技術(shù)：通鐵量增加。對出鐵口炮泥質(zhì)量的要求也越來越高。炮泥的功用既要填滿出鐵口通道，又要在爐缸內(nèi)形成泥包，維持足夠的出鐵口深度；同時還要容易開口，也容易打泥操作。對渣、鐵產(chǎn)生的物理和化學(xué)侵蝕具有抵抗性。炮泥質(zhì)量差，使用時就會出現(xiàn)潮鐵口、淺鐵口、斷鐵口、跑大流、減壓、放風(fēng)、燒壞爐前設(shè)備等問題，影響生產(chǎn)。對于大型高爐，出鐵口炮泥應(yīng)有適度的可塑性。方便爐前操作；氣孔率適宜，便于干燥時排出水分和氣體；體積穩(wěn)定性好，以避免產(chǎn)生裂紋滲漏鐵水和煤氣；燒結(jié)性能好，強(qiáng)度高，耐火度高，可抗鐵水及渣的沖刷和侵蝕；開口性能良好，開口機(jī)容易鉆孔；同時炮泥應(yīng)對環(huán)境污染小，以維護(hù)工人的身體健康，減少對環(huán)境的破壞。
1、無水炮泥的原料、性能及要求
? ? 無水炮泥的主要原料包括耐火骨料與細(xì)粉、碳化硅、焦粉、粘土、絹云母、瀝青等，它是通過與焦油或蒽油、酚醛樹脂結(jié)合劑混合碾壓，然后從擠泥機(jī)擠出成型。無水炮泥的主要原料、性能及要求如下：
(1)耐火骨料及細(xì)粉
? ? 包括電熔剛玉或棕剛玉原料，其熔點(diǎn)高。耐渣、鐵侵蝕性好，粗顆粒中1～3mm的比例＞80％，＜O.074mm的比例＞80％。采用高鋁礬土作主要骨料時，粒徑與剛玉要求相同；化學(xué)成分要求A1203≥80％、Fe203≤2.O％、MgO+CaO≤O.5％、吸水率≤5％；耐火度達(dá)到1770℃。堵出鐵口炮泥的強(qiáng)度并不取決于骨料粒徑的增大，但較小粒徑的高鋁骨料適度增加為好。部分無水炮泥使用了焦寶石，粒度也不超過3mm。
(2)焦粉
? ? 焦炭氣孔率高，導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性好，荷重變形溫度高，抗渣、抗熱震性穩(wěn)定。焦粉是出鐵口炮泥的主要原料，水分一般要求＜1％。通常焦粉加入量20％～40％。加入量過少，炮泥透氣性差，容易引起潮鐵口；加入量過多，炮泥的體積密度減小，顯氣孔率增大，即透氣性變好，快干性增加。這種情況會造成炮泥性能變差，強(qiáng)度下降。要求固定碳含量＞90％，粒徑＜1mm的比例＞95％。
(3)碳化硅
? ? 它具有導(dǎo)熱率高、耐磨、熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、耐火度高的特性，它是炮泥的主要原料，可改善其抗熔渣侵蝕和抗沖刷能力。粒度要求＜0.074mm的＞80％。大高爐用碳化硅含量＞90％，也有部分高爐使用碳化硅含量70％的等級。
(4)塑性粘土
? ? 使用適量的粘土，可改善粘結(jié)性能，且其塑性好，起潤滑劑的作用，使得炮泥易于擠出。燒結(jié)時容易形成陶瓷結(jié)合。化學(xué)成分：Al203 26％～29％、Fe2O3≤4％、R2O≤2％。水分要求小于5％；粒度要求＜0.088mm的＞95％。
(5)絹云母
? ? 可改善炮泥的塑性，起潤滑劑的作用，促進(jìn)炮泥燒結(jié)形成陶瓷結(jié)合；要求的化學(xué)成分：Si02 71％～77％；R2O 3％～7％；粒度要求＜0.074mm的＞90％。
(6)瀝青
? ? 瀝青是無水炮泥的重要組分，在打泥過程中，瀝青可能熔化，填充空隙，提高炮泥的粘結(jié)強(qiáng)度；使用過程中，瀝青炭化，提高了殘?zhí)苛?。對炮泥的高溫性能有利。要求瀝青軟化點(diǎn)為105～120℃。瀝青用量在9％～12％的范圍時。體積密度、耐壓強(qiáng)度比較高，而瀝青用量過高，氣孔率會明顯增加。
(7)氮化硅及氮化硅鐵
? ? 氮化硅及氮化硅鐵抗熱震穩(wěn)定性好、耐化學(xué)侵蝕、強(qiáng)度高，高溫蠕變小.熱膨脹系數(shù)很低；耐氧化溫度可達(dá)1400℃，在還原氣氛中最高使用溫度可達(dá)1870℃。在炮泥中加入適量的Si3N4原料，可提高炮泥的抗侵蝕和抗沖刷性能，能夠保持出鐵口深度相對穩(wěn)定，有利于延長爐缸壽命。用Si3N4結(jié)合SiC替代SiC，或使用Fe-Si3N4也有良好的作用。隨著爐溫增加，氮化硅或Fe-Si3N4與基質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生碳化硅，并逸出氣體。有利于提高炮泥強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)脑黾优艢饪椎馈?/div>
(8)Al2O3微粉添加劑
? ? 添加Al2O3微粉添加劑可以提高炮泥的體積密度和基質(zhì)強(qiáng)度；加入膨脹劑藍(lán)晶石，可以降低炮泥的顯氣孔率。
(9)焦油或蒽油結(jié)合劑
? ? 對炮泥質(zhì)量影響大，焦油和蒽油中水分控制不好，會降低其使用性能；采用焦油作結(jié)合劑。會惡化爐前作業(yè)環(huán)境。蒽油粘度低，研究用二蒽油和筑路油配制混合油作結(jié)合劑，筑路油加入量為13％～15％。其對應(yīng)的粘度為2.57～2.70。炮泥采用焦油結(jié)合劑，質(zhì)量參照日本標(biāo)準(zhǔn)：恩氏粘度14～16。密度1.1～1.2。固定碳≥17％，水分微量。,炮泥采用的混合油包括：一葸油+二蒽油70％，油瀝青15％～20％，雜油適量；密度1.18g·cm-3，游離碳＞80％，水分＜1％。
焦油或蒽油結(jié)合劑在炮泥中的用量增加，炮泥的體積密度、強(qiáng)度與馬夏值(炮泥擠出試驗的一個特性值)會下降，氣孔率增加。改性焦油是一種蒸發(fā)溫度高于炮泥操作溫度的油。打泥過程中不容易從炮泥中蒸發(fā)掉，因此不影響炮泥的使用性能。瀝青粉代替焦炭增加了低溫范圍內(nèi)的碳結(jié)合，也增加了泥料的可翅性，因而易于擠泥。
(10)酚醛樹脂結(jié)合劑
? ? 完全使用酚醛樹脂代替焦油／瀝青。由于其固化速度控制存在問題造成炮泥提前硬化。炮泥擠泥和出鐵口開口存在一些困難。有研究表明炮泥可以用粉狀樹脂、瀝青及無機(jī)磷酸鹽作為主要結(jié)合相。用焦油作為增塑劑提供礦物油，可延遲樹脂早期的縮合及隨后材料的過早硬化。?
? ? 從炮泥的配比設(shè)計到生產(chǎn)過程，再到使用前的保存，每一步都對炮泥的質(zhì)量有影響。首先，要確定合理的配比，然后，生產(chǎn)時按照工藝規(guī)程操作，注意碾制時的加料順序、干混時間、濕碾時間，控制碾壓的溫度?？刂婆谀嘣谝欢ǖ鸟R夏值后出料擠泥，包裝待用。生產(chǎn)的炮泥要妥善保存，注意環(huán)境溫度變化。
炮泥的碾壓時間根據(jù)高爐爐容不同按10—30min控制，碾壓時的環(huán)境溫度最好在10～30℃范圍內(nèi)進(jìn)行。碾制好的成品出鐵口炮泥困泥時間一般為24h。工藝流程為：準(zhǔn)確配料→順序攪拌→加油碾壓→合格出鐵口炮泥→入庫保存→維護(hù)→使用。焦油結(jié)合劑在貯罐內(nèi)的溫度不宜太高，也不宜太低，以保持較好的流動性為宜，一般設(shè)定為75～90℃。炮泥混練時的溫度一般為55～65℃。
對炮泥的質(zhì)量控制除了工藝過程因素外。著重要注意控制炮泥原料的化學(xué)成分、粒度和水分。原料要求主要成分含量高、雜質(zhì)含量低，特別是大型高爐，通過使用優(yōu)質(zhì)高純原料(如高純剛玉、氮化硅等)提高炮泥的質(zhì)量。原料的粗顆粒應(yīng)有適當(dāng)比例，目前。普遍將原料的最大臨界粒度定為3mm；細(xì)粉粒度越細(xì)越有利于炮泥燒結(jié).有助于提高炮泥的強(qiáng)度。原料中帶入水分多，氣孔率高，降低了炮泥的耐渣、鐵滲透性；如果原料帶的水分在出鐵前未完全排出，開出鐵口過程中易出現(xiàn)潮鐵。
要使用好炮泥，炮泥的馬夏值控制也很重要。馬夏值增加過快，爐前開121困難，作業(yè)難度加大，影響出渣、鐵作業(yè)。有研究表明：高爐日產(chǎn)量增加，出鐵次數(shù)增加，炮泥的馬夏值也增加，日產(chǎn)量＞95000t的高爐，炮泥馬夏值在0.65～0.72MPa，日出鐵次數(shù)12—14次。
2、無水炮泥的問題探討
? ? 2.1炮泥質(zhì)量與成本控制
? ? 無水炮泥的質(zhì)量控制主要表現(xiàn)在原料質(zhì)量、水分、粒度以及生產(chǎn)過程控制上；好的原料價格較高，炮泥的成本也高。對于如何控制成本的問題，以往。炮泥配比過程中較少考慮經(jīng)濟(jì)因素，比如：采用適當(dāng)?shù)脑?，獲得適用的炮泥性能；大高爐炮泥采用電熔剛玉、氮化硅。其價格比棕剛玉、氮化硅每噸高幾千元。如果采用棕剛玉、氮化硅鐵能夠達(dá)到電熔剛玉、氮化硅所配制出的炮泥性能，這樣炮泥的成本就會降低。對于高爐煉鐵作業(yè)。需要的是穩(wěn)定連續(xù)的高爐運(yùn)行，對于炮泥的主要原料，可以通過技術(shù)探索，找到具有最低經(jīng)濟(jì)成本、最佳使用效果的配方。
2.2炮泥的環(huán)保問題
? ? 炮泥的最大污染來自焦油或蒽油結(jié)合劑、瀝青；酚醛樹脂由于溶解物有苯和酚，也有一定的污染。焦油或蒽油結(jié)合的炮泥，在生產(chǎn)過程、使用前存放過程中會產(chǎn)生惡臭的味道，會惡化爐前作業(yè)環(huán)境。而出鐵口堵口過程中會產(chǎn)生黃煙，開口過程中會產(chǎn)生黑色濃煙。國內(nèi)很少有對炮泥環(huán)保具體性能指標(biāo)的研究，有的主要側(cè)重于使用酚醛樹脂或有機(jī)樹脂作為結(jié)合劑，但回避了配方中有沒有瀝青的問題。根據(jù)與國外技術(shù)交流的意見，焦油或蒽油、瀝青中含有致癌物質(zhì)苯并芘上萬個10-6，環(huán)保型結(jié)合劑的苯并芘含量已經(jīng)可能降低到500x10-6以下。
2.3無水炮泥的研究思路
? ? 無水炮泥的研究思路從本質(zhì)上看，沒有大的變化。無非是剛玉、碳化硅、結(jié)合劑的調(diào)配，以提高炮泥的抗渣侵蝕性能，降低出鐵次數(shù)，延長出鐵時間。大型高爐強(qiáng)化冶煉后.對出鐵口無水炮泥的要求會進(jìn)一步提高。有分析認(rèn)為氧化鎂質(zhì)堿性出鐵口炮泥可能在特大型高爐上發(fā)展，這種無水出鐵口炮泥耐火度高，與高爐熔渣很少反應(yīng)。但河南耐火材料廠專家認(rèn)為，比較而言，適合高爐運(yùn)行的炮泥仍然是硅酸鋁+碳化硅基本材質(zhì)，這方面的選材比較便宜。來源廣。可以利用廢料，關(guān)鍵的是如何改進(jìn)炮泥的結(jié)構(gòu)、性能，使得新、舊炮泥能夠結(jié)合的好，體積穩(wěn)定性好。膨脹收縮變化小，同時提高炮泥的抗渣、鐵侵蝕和沖刷，這是研究的重要內(nèi)容。加入氮化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅、藍(lán)晶石、氮化硅鐵、鋁粉等是配比方法，而如何從材料結(jié)構(gòu)、從骨料和基質(zhì)的配合、從達(dá)到結(jié)構(gòu)性能等方面去選擇炮泥的原材料，這是今后的一個發(fā)展方向。
在高爐大型化、強(qiáng)化冶煉條件下，高爐無水炮泥必須向高強(qiáng)度、抗侵蝕、長壽命、環(huán)保化的方向發(fā)展。在控制原料質(zhì)量、水分、粒度的基礎(chǔ)上再控制炮泥的質(zhì)量，可以通過技術(shù)探索，找到具有最低經(jīng)濟(jì)成本、最佳使用效果的配方。需要研究炮泥的環(huán)保問題，使傳統(tǒng)焦油類炮泥有利于操作性能的要求，又要解決污染問題，改善工作環(huán)境。炮泥的研究思路需要從材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計上去進(jìn)行配方改進(jìn)。以獲得更好的使用性能。
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